Banda Passante

Quando falamos sobre a transmissão de sinais, um conceito importante que deve ser compreendido é o de banda passante. Porém, para entender esse conceito, primeiro, é necessário conhecer o conceito de Hertz (Hz), que é a unidade de medida de frequência de um evento periódico dada em ciclos por segundos. Por exemplo, o coração de um humano saudável em repouso bate a, aproximadamente, 1,2 Hz (1,2 batidas por segundo). Já no caso de sinais analógicos, a frequência corresponde ao o número de oscilações (ou vibrações) por segundo.

Diversas propriedades das transmissões de dados, como a própria largura de banda (que veremos a seguir), a atenuação do sinal e a diafonia. são especificadas em função da frequência, que, em geral, é dada em mega-hertz.

A banda passante de um sinal é o conjunto de frequências que compõem esse sinal. Já a largura de banda de um sinal é o tamanho de sua banda passante, que é a diferença entre a maior e a menor frequência desse sinal.

Quando trazemos esses conceitos para o meio de transmissão, dizemos que a banda passante de um meio físico corresponde à faixa de frequência que pode ser transmitida por esse meio. Como vimos na Aula 2, a largura de banda de um meio físico (Bandwidth) é, normalmente, usada para se referir à capacidade de um canal ou equipamento, medida em milhares (kbps) ou milhões de bits por segundo (Mbps). Entretanto, a largura de banda não é uma medida de velocidade, mas a diferença entre as frequências máxima e mínima na qual um canal/equipamento pode operar. Dois meios de transmissão podem ter a mesma largura de banda, digamos 3kHz, mas cada meio físico pode ter uma banda passante diferente, por exemplo, um com banda passante de 1kHz a 4kHz, e outro com banda passante de 40kHz a 43 kHz.

Sempre que a largura de banda de um meio físico for maior ou igual à largura de banda de um determinado sinal, esse meio poderá ser utilizado para transmitir esse sinal. Na prática, a banda passante necessária para um sinal é, em geral, bem menor do que a banda passante dos meios físicos disponíveis. Desse modo, quanto maior a largura de banda, maior será a quantidade de sinal que poderá trafegar em um meio. A Figura 3 apresenta uma visão simplificada da relação entre a banda passante de um sinal e a banda passante do meio de transmissão. Nesse caso, dizemos que parte da banda passante do meio está sendo desperdiçada.

Alguns alunos confundem os termos mega-hertz e megabits, por segundo, quando se fala em largura de banda e taxa de transmissão de dados. Porém, esses dois termos não significam a mesma coisa.

Para transmitirmos um conjunto de dados digitais por meio de um sinal analógico, dizemos que a informação digital é codificada em um sinal analógico. A codificação permite que os bits de dados sejam compactados em faixas de frequência. A quantidade de dados (número de bits) que é transmitido em determinado grupo de frequência (hertz ou mega-hertz) é determinada pelo esquema de codificação digital utilizado.

Em alguns padrões, que utilizam esquemas de codificação antigos, como o padrão ethernet 10 base T que usa o esquema de codificação manchester, a relação de número de bits transmitidos e a faixa de frequência é de um para um, onde um megabit de dados é transmitido em uma faixa de um mega-hertz de frequência. Porém, isso não ocorre com todos os padrões, e padrões mais recentes conseguem compactar mais bits em uma mesma faixa de frequência.

Por exemplo, no esquema de codificação NRZI (Não Retorno ao Zero Invertido), a largura de banda corresponde à metade da taxa de bits, permitindo a transmissão do dobro de informação do que o esquema Manchester, enquanto que o TP-PMD FDDI em cobre), em que o esquema de codificação utilizado é o MLT-3, a largura de banda é ¼ da taxa de bits. Assim, apesar da taxa de dados do TP-PMD ser 125 Mbps (100 Mbps de dados mais 25 Mbps de controle de bits), a largura de banda é ¼ disso, ou seja, 31.25 Mhz.

Desse modo, para se determinar a taxa de transmissão (a quantidade de dados (bits) que um padrão é capaz de transmitir) é necessário considerar o meio físico, a banda passante do sinal, a largura de banda que esse meio físico tem que preservar o sinal e o esquema de codificação que será adotado. Matematicamente, a taxa de transmissão de dados é o produto da banda passante utilizada pelo número de bits por unidade de banda, dada da seguinte forma: